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Die
Erfindung betrifft ein Gussbauteil insbesondere für eine Karosserie
oder ein Fahrwerk eines Kraftwagens sowie ein Verfahren zu seiner
Herstellung der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw.
13 angegebenen Art.
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Ein
derartiges Gussbauteil bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung
sind beispielsweise aus der
DE 101 53 306 A1 als bekannt zu entnehmen, wobei
die Oberfläche
eines metallischen Einlegeteils zunächst in einem Druckgießwerkzeug
konditioniert wird. Hierzu wird auf die Oberfläche des Einlegeteils eine Metallschicht
im Druckgießverfahren
aufgebracht, wobei unter anderem die Rauheit der Oberfläche durch
gezielte Einbringung von Vertiefungen vergrößert werden soll. Die Positionierung
des Einlegeteils innerhalb des Druckgießwerkzeugs erfolgt mittels
einer Pinole. In einem anschließenden
Verfahrensschritt wird dann das konditionierte Einlegeteil in eine
Sandform eingelegt und auf einem Sandkern angeordnet. Im Anschluss
daran wird das konditionierte Einlegeteil in einem Sandgießverfahren
mit einer Metallschmelze bestehend aus einer Aluminiumlegierung
eingegossen.
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Als
nachteilig bei diesem bekannten Gussbauteil sowie dem Verfahren
zu seiner Herstellung ist der Umstand anzusehen, dass das Einlegeteil
auf aufwändige
Weise innerhalb des Formhohlraums der Gießform bzw. des Gießwerkzeugs
gehalten werden muss, damit dieses während der Formfüllung nicht verrutscht
bzw. nicht verformt wird. Diese Gefahr steigt natürlich einhergehend
mit dem Druck, mit dem die Metallschmelze in die Gießform bzw.
das Gießwerkzeug
eingefüllt
wird. Demgemäß ergibt
sich insbesondere bei den druckunterstützten Gießverfahren wie beispielsweise
beim Druck- und Niederdruckguss oder beim so genannten Squeezecasting
die Notwendigkeit, das Einlegeteil innerhalb der Gießform bzw.
dem Gießwerkzeug
lagedefiniert zu positionieren.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, ein Gussbauteil sowie ein
Verfahren zu dessen Herstellung der eingangs genannten Art so zu
verbessern, dass das Einlegeteil auf bedeutend einfachere Weise
innerhalb der Gießform
bzw. des Gießwerkzeugs
zu positionieren bzw. anschließend positionsgenau
innerhalb des Gussbauteils angeordnet ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Gussbauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen
der Patentansprüche
1 bzw. 13 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den übrigen
Patentansprüchen
beschrieben.
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Bei
dem Gussbauteil gemäß der Erfindung umfasst
das Einlegeteil eine Mehrzahl von zugeordneten Abstandshaltern,
welche bis zu Außenseiten des
Gussbauteils ragen. Mit anderen Worten ist das Einlegeteil mit einer
Mehrzahl von Abstandshaltern versehen, welche sich an der Wandung
der Gießform bzw.
des Gießwerkzeugs
abstützen,
so dass das Einlegeteil beim Einfüllen der Metallschmelze an
Ort und Stelle verbleibt. Im Ergebnis kann somit ein Gussbauteil
geschaffen werden, welches im Bereich des Einlegeteils genau definiert
bzw. in der vorberechneten Weise durch dieses verstärkt wird.
Mit anderen Worten werden durch die definierte Positionierung des
Anlegeteils in der Gießform
bzw. im Gießwerkzeug
und somit anschließend
auch im fertigen Gussteil reproduzierbare Bauteileigenschaften geschaffen,
die eine prozesssichere Fertigung unter Minimierung von Ausschuss
gewährleisten.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat sich insbesondere ein Einlegeteil
aus Metallblech als vorteilhaft gezeigt, in welches die Abstandshalter
mittels eines Umformprozesses eingebracht sind. Über einen derartigen Umformprozess
lassen sich die Abstandshalter äußerst kostengünstig und
prozesssicher innerhalb des Metallblechs einbringen, so dass auch
das Einlegeteil unter Minimierung von Ausschuss hergestellt werden
kann.
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Eine
besonders sichere Positionierung des Einlegeteils innerhalb der
Gussform kann erreicht werden, wenn die Abstandshalter vom Einlegeteil
in Richtung von einander gegenüberliegenden
Außenseiten
des Gussbauteils abstehen. Mit anderen Worten kann das Einlegeteil
somit innerhalb der Gießform
bzw. des Gießwerkzeugs
zwischen den die gegenüberliegenden
Au ßenseiten
des Gussbauteils bildenden Wandungen eingeklemmt bzw. positioniert werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft
gezeigt, dass das Einlegeteil ein Mittelteil umfasst, von welchem
die Abstandshalter seitlich abstehen. Der Mittelteil kann somit
in besonders vorteilhafter Weise relativ zentral des Gussbauteils
verlaufen, so dass dieses beidseitig von einer gleichmäßigen Umhüllung umgeben
ist. Durch diese gleichmäßige Umhüllung des
Mittelteils des Einlegeteils wird insbesondere die Korrosionsgefahr des
Gussbauteils minimiert.
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Ein
besonders einfach herzustellendes und mit konstanten Bauteileigenschaften
ausgestattetes Gussbauteil lässt
sich darüber
hinaus realisieren, wenn sich die Außenseiten des Gussbauteils
und das Mittelteil des Einlegeteils im Wesentlichen planparallel
zueinander erstrecken. Darüber
hinaus kann durch diese Anordnung auf beiden Seiten des Mittelteils
eine im Wesentlichen konstant dicke Umhüllung geschaffen werden, welche
neben konstanten mechanischen Festigkeits- bzw. Steifigkeitseigenschaften
die Minimierung der Korrosionsgefahr gewährleistet.
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Eine
besonders gute lagedefinierte Positionierung des Mittelteils innerhalb
des Gussbauteils lässt
sich darüber
hinaus realisieren, wenn die Abstandshalter alternierend von beiden
Seiten des Mittelteils in Richtung der zugeordneten Außenseite
des Gussbauteils abstehen.
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Die
Abstandshalter sind besonders einfach dadurch zu realisieren, dass
Sacklöcher
in das Einlegeteil eingeformt werden. Derartige Sacklöcher können beispielsweise
in einem Tiefzieh- bzw. Prägeverfahren
auf einfache Weise beispielsweise in den Mittelteil des Einlegeteils
eingebracht werden.
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Sind
hingegen die Abstandshalter unter Bildung von Durchgangsöffnungen
in das Einlegeteil eingeformt, so wird über die Durchgangsöffnungen eine
besonders gute Verbindung der Metallschmelze bzw. des Metallgusses
auf den einander gegenüberliegenden
Seiten des Einlegeteils erreicht. Insgesamt ergibt sich somit eine äußerst gute
Verbindung des Einlegeteils mit dem dieses umgebenden Metallguss.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Eingießen
des Einlegeteils in das Gussbauteil zeichnet sich insbesondere dadurch
aus, dass die lagedefinierte Positionierung des Einlegeteils innerhalb
der Gießform
bzw. innerhalb des Gießwerkzeugs
durch das Einlegeteil bzw. dessen Abstandshalter selbst vorgenommen
werden kann. Mit anderen Worten kann somit auf einfache Weise auf
zusätzliche
Fixierungsmittel wie beispielsweise Pinolen oder Abstützungen
an der Gießform
bzw. dem Gießwerkzeug verzichtet
werden. Vielmehr ermöglicht
das Vorsehen von Abstandshaltern eine lagedefinierte Anordnung des
Einlegeteils innerhalb der Gießform
bzw. des Gießwerkzeugs
im Wesentlichen ohne weitere Hilfsmittel.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von vier bevorzugten Ausführungsbeispielen
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine
schematische Schnittansicht durch ein Gussbauteil für eine Karosserie
oder ein Fahrwerk eines Kraftwagens, innerhalb welchem ein Einlegeteil
gemäß einer
ersten Ausführungsform
mit einem Mittelteil eingegossen ist, in welches eine Mehrzahl von
im Wesentlichen kugelsegmentförmigen
Sacköffnungen
eingeformt sind, so dass die dadurch gebildeten Abstandshalter bis
zu den Außenseiten
des Gussbauteils ragen;
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2 eine
schematische Schnittansicht auf das Gussbauteil gemäß 1,
wobei ein alternatives Einlegeteil gemäß einer zweiten Ausführungsform mit
senkrecht zu einem Mittelteil angeordneten stegförmigen Abstandshaltern ausgebildet
ist, welche unter Bildung von Durchgangsöffnungen in das Einlegeteil
eingeformt sind;
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3 eine
schematische Schnittansicht durch das Gussbauteil gemäß einer
dritten Ausführungsform,
bei welcher die Abstandshalter im Unterschied zu 2 als
schräg
gegenüber
dem Mittelteil verlaufende Stege ausbildet sind; und in
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4 eine
schematische Schnittansicht durch das Gussbauteil gemäß den 1 bis 3, wobei
jeweils ein Paar von Abstandshaltern in Richtung von einer der beiden
Außenseiten
des Gussbauteils ragt.
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In 1 ist
in einer schematischen Schnittansicht ein Gussbauteil für eine Karosserie
oder ein Fahrwerk eines Kraftwagens dargestellt, welches im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
als etwa ebene Platte ausgebildet ist. Gleich falls wäre es natürlich auch
denkbar, das Gussbauteil rund, eckig oder mit Freiformflächen versehen
auszubilden. Gleichfalls wäre
es denkbar, das Gussbauteil als im Querschnitt mehreckiges oder
rundes Hohlprofilträgerteil
auszubilden, wobei an dessen Form selbstverständlich auch die Form eines
im Weiteren noch näher
beschriebenen Einlegeteils 10 anzupassen ist. Das Gussbauteil
kann dabei beispielsweise als Säulen-, Längs- oder
Querträgerteil
ausgebildet sein. Darüber hinaus
kann das Gussbauteil auch als Wandbereich der Karosserie und/oder
als Bauteil des Fahrwerks eines Kraftwagens dienen.
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Das
Einlegeteil 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Metallblech
aus einer Aluminium-Knetlegierung oder einer Eisen-Legierung ausgebildet,
welches einen im Wesentlichen ebenen Mittelteil 12 umfasst.
Dabei weist das Einlegeteil 10 im Wesentlichen über seine
ganze Erstreckung eine konstante Dicke auf. Gleichfalls wäre es natürlich auch
denkbar, dass das Einlegeteil 10 über seine Erstreckung eine
unterschiedliche Materialdicke aufweist. Eine unterschiedliche Materialdicke
wäre beispielsweise
durch sog. tailored – blanks
realisierbar. Weiterhin verläuft
das Einlegeteil 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die
gesamte Erstreckung des Gussbauteils. Ebenfalls wäre es jedoch
auch möglich,
dass das Einlegeteil 10 lediglich lokal beispielsweise
an mechanisch hoch belasteten Stellen angeordnet wird. Im Rahmen
der Erfindung als mit umfasst ist es zu betrachten, dass das Einlegeteil 10 natürlich aus
allen gängigen
Metalllegierungen hergestellt sein kann. Darüber hinaus wäre es auch denkbar,
das Einlegeteil 10 gegebenenfalls aus einem nicht-metallischen,
entsprechend thermisch belastbaren Werkstoff wie beispielsweise
einem Keramikwerkstoff, einer Fasermatte oder dergleichen herzustellen.
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Innerhalb
des Mittelteils 12 des Einlegeteils 10 sind eine
Mehrzahl von im vorliegenden Ausführungsbeispiel kugelsegmentförmigen Sacköffnungen eingeformt,
welche in einem vor dem Gießvorgang stattfindenden
separaten Prozess beispielsweise durch Tiefziehen oder Prägen in das
Einlegeteil 10 eingebracht worden sind. Das Einbringen
der Sacköffnungen
oder dgl. kann dabei im selben Umformschritt erfolgen, mit dem das
Einlegteil 10 insgesamt umgeformt wird. Es ist klar, dass
durch die Sacköffnungen
ausgebildete Abstandshalter 14 auch napfartig, kegel- oder
kegelstumpfförmig,
zylindrisch oder dergleichen ausgebildet sein können. Es ist erkennbar, dass
die Abstandshalter 14 bis zu jeweils zugehörigen Außenseiten 16, 18 des
Gussbauteils ragen. Mit anderen Worten sind die Abstandshalter 14 so ausgebil det,
dass das Einlegeteil 10 mit seinen beidseitig des Mittelteils 12 abstehenden
Abstandshaltern 14 der Dicke des Gussbauteils entspricht.
Hierdurch ist es möglich,
dass das Einlegeteil 10 so im Formhohlraum der Gießform bzw.
des Gießwerkzeugs
angeordnet werden kann, dass sich dieses mit seinen Abstandshaltern 14 an
den im anschließenden
Gießverfahren
die Außenseiten 16, 18 bildenden Wandungen
der Gießform
bzw. des Gießwerkzeugs abstützt.
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Die
Außenseiten 16, 18 des
Gussbauteils erstrecken sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel planparallel
zueinander und bilden demgemäß eine im
Wesentlichen ebene Wanddicke des Gussbauteils. Gleichfalls wäre es natürlich denkbar,
dass die Außenseiten 16, 18 unterschiedliche
Konturen bzw. Erstreckungsrichtungen aufweisen. Ebenfalls planparallel
zu den Außenseiten 16, 18 erstreckt
sich beim Gussbauteil gemäß 1 der
Mittelteil 12. Darüber
hinaus ist der Mittelteil 12 so innerhalb des Gussbauteils
positioniert, dass dessen Distanz von den einander gegenüberliegenden
Außenseiten 16 des
Gussbauteils im Wesentlichen identisch ist. Mit anderen Worten bilden
sich oberseitig und unterseitig des Mittelteils 12 etwa
gleich dicke Umhüllungen
des Einlegeteils 10 mit Metallschmelze 20 bzw.
mit Gießmetall.
Gleichfalls wäre
es jedoch auch denkbar, dass der Mittelteil 12 des Einlegeteils 10 näher zu einer
Außenseite 16, 18 des
Gussbauteils angeordnet ist als zur anderen. Mit anderen Worten
bilden sich dann oberseitig und unterseitig des Mittelteils 12 unterschiedlich
dicke Umhüllungen
des Einlegeteils 10 mit Metallschmelze 20 bzw.
mit Gießmetall
aus. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, ein mit einer Biege-
bzw. Querkraft belastetes Gussbauteil auf seiner Zugseite mit einer
dickeren und auf seiner Druckseite mit einer geringeren Umhüllung mit
Metallschmelze 20 zu versehen, wodurch sich eine belastungsgerechtere
Auslegung ergibt.
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Die
Metallschmelze 20 bzw. das erkaltete Gießmetall
bestehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus einer Aluminium-Legierung, welche in einem Gießverfahren
unter erhöhtem
Druck in der Gießform
bzw. dem Gießwerkzeug
abgebildet worden ist. Derartige druckunterstützte Gießverfahren wie zum Beispiel
Druckguss, Niederdruckguss, Squeezecasting oder dergleichen sind
entsprechend bekannt. Es ist klar, dass auch entsprechend andere Gießlegierungen
und Gießverfahren
zum Einsatz kommen können.
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In 2 ist
in einer schematischen Schnittansicht das Gussbauteil gemäß 1 gezeigt,
wobei ein alternativ gestaltetes Einlegeteil 10' vorgesehen ist.
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Dieses
Einlegeteil 10' ist
ebenfalls aus einem ebenen Metallblech gleich bleibender Dicke gestaltet,
umfasst jedoch alternativ ausgebildete Abstandshalter 14'. Während nämlich die
Abstandshalter 14 gemäß 1 als
Sacköffnungen
ausgebildet sind, sind die Abstandshalter 14' gemäß 2 als Stege ausgebildet,
die unter Bildung von Durchgangsöffnungen 22 in
den Mittelteil 12 des Einlegeteils 10' eingeformt
sind. Mit anderen Worten sind hierzu die stegförmigen Abstandshalter 14' aus dem Mittelteil 12 ausgestanzt
und entsprechend zur zugehörigen Außenseite 16 bzw. 18 umgebogen
worden. Dabei verlaufen die Abstandshalter 14' im vorliegenden Ausführungsbeispiel
etwa senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Mittelteils 12 bzw.
zu den Außenseiten 16, 18.
Durch die Durchgangsöffnungen 22 ist auf
einfache Weise eine Verbindung der Metallschmelze 20 bzw.
des Gießmetalls
auf beiden Seiten des Einlegeteils 10' bzw. des Mittelteils 12 geschaffen,
so dass eine besonders gute Verbindung des Einlegeteils 10' mit der umgebenden
Metallschmelze 20 gegeben ist. Da die Durchgangsöffnungen 22 im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
bereits durch die Metallschmelze 20 befüllt sind, sind dementsprechend
im Bereich der Durchgangsöffnungen 22 keine Verbindungslinien
des Mittelteils 12 erkennbar. Vielmehr ist der Mittelteil 12 so
dargestellt, als ob es aus vielen Einzelteilen bestehen würde. Dies
ist jedoch nicht der Fall.
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3 zeigt
in einer schematischen Schnittansicht eine weitere Ausführungsform
des Gussbauteils, welche sich von derjenigen gemäß 2 lediglich
dadurch unterscheidet, dass die als Stege ausgebildeten Abstandshalter 14' nicht senkrecht,
sondern vielmehr schräg
bezogen auf den Mittelteil 12 bzw. die Außenseiten 16, 18 des
Gussbauteils verlaufen. Der Winkel der Abstandshalter 14' ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
einheitlich gewählt.
Gleichfalls wäre
es natürlich
auch denkbar, die Abstandshalter 14' in unterschiedlichen Winkeln zum
Mittelteil 12 anzuordnen. Den drei Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 3 ist
gemeinsam, dass die Abstandshalter 14, 14' alternierend
von beiden Seiten des Mittelteils 12 in Richtung der zugeordneten Außenseite 16, 18 des
Gussbauteils hin abstehen.
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Schließlich zeigt 4 in
einer schematischen Schnittansicht eine weitere Ausführungsform des
Gussbauteils, bei welchem wiederum ein Einlegeteil 10' verwendet worden
ist, bei welchem Abstandshalter 14' unter Bildung von Durchgangsöffnungen 22 in
das Einlegeteil 10' eingeformt
worden sind. Insoweit entspricht die Ausführungsform gemäß 4 denjenigen
gemäß den 2 und 3.
Im Unterschied zu den Ausführungsformen
gemäß 2 und 3 sind
jedoch vorliegend keine alternierend von beiden Seiten des Mittelteils 12 in
Richtung der zugeordneten Außenseite 16, 18 des
Gussbauteils abstehenden Abstandshalter 14' vorgesehen, sondern vielmehr sind
diese paarweise zusammengefasst. Mit anderen Worten steht jeweils
ein Paar von Abstandshaltern 14' zu einer Außenseite 16, 18 des
Gussbauteils hin ab.
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Im
Rahmen der Erfindung als mitumfasst ist es zu betrachten, dass das
Einlegeteil 10, 10' und insbesondere
die zugehörigen
Abstandshalter 14, 14' nicht nur einteilig ausgestaltet
sein können,
sondern vielmehr ist es auch denkbar, insbesondere die Abstandshalter 14, 14' mittels eines
Fügverfahrens oder
dergleichen am Mittelteil 12 des Einlegeteils 10, 10' zu befestigen.
So könnten
beispielsweise auch Bolzen durch Öffnungen des Einlegeteils 10, 10' hindurch gesteckt
und anschließend
formschlüssig
mit diesem verstemmt bzw. verbunden werden.
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Es
ist ersichtlich, dass allen Einlegeteilen 10, 10' gemeinsam ist,
dass sich diese lagedefiniert innerhalb der Gießform bzw. des Gießwerkzeugs – unter
Abstützung
der Abstandshalter 14, 14' – positionieren lassen. Die
Metallschmelze 20 kann somit unter erhöhtem Druck in die Gießform bzw.
in das Gießwerkzeug
eingelassen werden, ohne dass die Gefahr eines Verrutschens des
Einlegeteils 10, 10' besteht. Hierdurch
wird auf einfache Weise erreicht, dass das Einlegeteil 10, 10' auch tatsächlich an
der geplanten Stelle innerhalb des Gussbauteils angeordnet ist.
Dabei können
die Abstandshalter 14, 14' insbesondere in denjenigen Bereich
des Gussbauteils in größerer Stückzahl vorgesehen
sein, in welchen ein relativ hoher Druck der Metallschmelze auf
das Einlegeteil 10, 10' einwirkt und dementsprechend die
Gefahr des Verrutschens besonders groß ist. Demgegenüber können in
denjenigen Bereich des Gussbauteils, in welchen ein relativ niedriger
Druck der Metallschmelze auf das Einlegeteil 10, 10' einwirkt, entsprechend weniger
Abstandshalter 14, 14' vorgesehen werden.
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Das
Einlegeteil 10, 10' kann
gegenüber
dem Metallguss mit einem freiliegenden Bereich überstehen, welches zur lagedefinierten
Positionierung in einer Aufnahme der Gießform bzw. des Gießwerkzeugs
aufgenommen und gehalten werden kann. Hierdurch ist es auf einfache
Weise möglich,
neben den Abstandshaltern 14, 14' eine weitere Fixierung des Einlegeteils 10, 10' zu schaffen.
Dabei ist es denkbar, sowohl einen Bereich des Mittelteils 12 wie auch
einen Abstandshalter 14, 14' als gegenüber dem Metallguss überstehenden
freiliegenden Bereich auszubilden.